1引言

　　隨著功率因數(shù)校正" title="功率因數(shù)校正">功率因數(shù)校正（PFC）技術在我國的重視與應用，功率因數(shù)校正專用控制器的研究漸趨增加?？紤]到CAD技術迅速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的電路設計方法發(fā)生了革命性變革。計算機仿真參與產(chǎn)品設計，不僅高效、安全、節(jié)省經(jīng)費，還可以通過調節(jié)參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，在產(chǎn)品開發(fā)初期，計算機仿真可忽略寄生效應，避免噪聲干擾，還可簡化復雜電路。

　　然而國內對功率因數(shù)校正專用控制器的計算機仿真模型的研究尚不多見，為了更好地利用計算機仿真來進行高頻功率變換系統(tǒng)的設計，對功率因數(shù)校正專用集成電路的計算機仿真模型的研究很有必要。

　　目前，PFC專用集成電路有很多品種，國外的一些半導體廠商如Motorola、Unitrode、SiliconGeneral、Siemens、MicroLinear都開發(fā)生產(chǎn)了PFC專用集成電路。常見的有專用于升壓變換型功率因數(shù)校正專用集成電路MC34261、TDA4814、TDA4815、TDA4816、TDA4817、UC3854、ML4819等。各種產(chǎn)品的技術指標和性能有所不同，但其結構與功能模塊基本相同。

　　本文將以Unitrode公司的功率因數(shù)校正專用集成電路UC3854的主要參數(shù)進行宏模型構建并對利用所建模型構成的功率因數(shù)校正電路進行仿真。

2UC3854的結構與主要特性

圖1UC3854的總體結構框圖

2.1UC3854的組成結構

　　UC3854的總體結構如圖1所示，主要包括以下幾個功能模塊：電壓誤差放大器模塊，電流誤差放大器模塊，乘除法器模塊，鋸齒波" title="鋸齒波">鋸齒波發(fā)生器模塊，輸出驅動模塊，以及峰值限制比較器模塊，欠電壓過電壓保護模塊，軟起動模塊和一些數(shù)字邏輯。為了簡化模型，建模中省去欠電壓、過電壓鎖存比較器，軟起動等輔助環(huán)節(jié)。

2.2UC3854的關鍵特性

表1列出了UC3854各主要功能模塊的關鍵特性。

表2 列出了UC3854管腳說明。

3模塊宏模型的構建

3.1誤差放大器

　　UC3854內部有電壓誤差放大器和電流誤差放大

表1UC3854的關鍵參數(shù)

圖2電壓誤差放大器原理示意圖

圖3電壓誤差放大器宏模型示意圖

表2UC3854管腳說明

器，它們的基本結構類似，其差別在于電流誤差放大器對電流控制電路有特殊要求，其增益和帶寬要大于電壓誤差放大器。因此我們這里只給出電壓誤差放大器的宏模型示意圖，圖2為電壓誤差放大器的原理圖，圖3為其相應的宏模型示意圖。

　　在圖2中，運放的正向輸入端連接傳感電壓，反向輸入端連接到基準電壓，運放的輸出經(jīng)過三極管與6.2k的電阻構成射極跟隨引出。

　　在圖3中，RI和CI決定了電壓誤差放大器的輸入阻抗，電壓控制電流源G1以及電容CI決定了電壓誤差放大器的增益帶寬積，通過二極管VD2和VD3以有源功率因數(shù)校正

圖4乘法器宏模型示意圖

圖5振蕩器宏模型示意圖

圖6輸出驅動模塊宏模型示意圖

圖7包含UC3854的功率因數(shù)校正電路圖

及電源Uo和UN來實現(xiàn)對誤差放大器輸出的箝拉。

3.2乘法器模型

　　乘法器的模型構建在整個集成電路的建模中非常重要，圖4給出了其宏模型的具體實現(xiàn)。該乘法器有三個輸入：電壓誤差放大器的輸出（EAOUT），輸入AC電流（IAC），URMS輸入。其中，IAC端輸入的是電流信號，而它的采樣是功率級的輸入電壓，這可以用一個6V的電壓源UIAC來進行電壓信號/電流信號的轉換。注意到輸出端輸出的是電流信號，該乘法器的輸出電流可用下式表示：

IMO=K×IAC(UEAOUT－1)（1）

式中：K為增益調節(jié)因子，它隨著功率級的輸入電壓URMS之變化而變化，它可以用下式表示：

K=k/U2RMS（2）

式中：k為乘法器增益常數(shù)，其典型值為1V。

圖8開關管柵級驅動脈沖波形（fS=5kHz）

圖9開關管柵級驅動脈沖波形（fS=100kHz）

3.3振蕩器模型

　　鋸齒波發(fā)生器的振蕩頻率和死區(qū)時間由外圍電路元件RT和CT共同決定，其工作原理在參考文獻[1]中有詳細的介紹，在此不再重述。圖5給出了鋸齒波發(fā)生器的原理示意圖。

　　圖5中，參考電壓，UD，RT，F(xiàn)CHARG共同決定了電容的充電電流，而電流源G的加入與否則受X1的控制。當X1輸出為6.3V時，開關閉合，G為12mA，電容放電；當X1輸出為1.1V時，開關斷開，G為0mA，電容充電。為了較精確地控制開關的門限電平，其中采用了數(shù)字輸入輸出器件。

3.4輸出驅動電路

　　圖6為輸出驅動電路的宏模型，由圖可以很容易分析出其工作的原理。其中，兩個三極管組成推挽式的輸出驅動。這是在構造宏模型時所做的簡化，輸入信號為該芯片內部邏輯輸出，對本電路來說是一個數(shù)字輸入信號。其輸出驅動信號受到箝位二極管VDCL的箝位，用以對開關管進行保護。

4仿真應用實例

　　為了更好地理解和利用以上所構建的宏模型，下面以該模型為核心對圖7所示功率因數(shù)校正設計電路進行仿真。

圖10輸入電壓、電流波形與輸出電壓波形

　　該PFC電路的技術指標如下：

　　最大輸出功率：200W

　　輸入電壓：220VAC50Hz

　　輸出電壓范圍：380～400V

　　開關頻率：fs=100kHz

　　仿真的結果可總結為圖8、圖9、圖10及表3。其中圖9所示為穩(wěn)態(tài)情況下電流誤差放大器，鋸齒波發(fā)生器的鋸齒波，功率開關管的柵級驅動脈沖。由于開關工作頻率為100kHz所以該圖中只能看到部分波形，如果降低頻率為5kHz則可非常明顯地看出為SPWM波，如圖8所示。

　　圖10所示為整流后的輸入電壓波形，整流后的輸入電流波形，功率級輸出電壓波形。從該圖中可以看到，輸出電壓還是比較理想的，在保留二倍頻諧波的情況下，基本不含高次諧波。輸入電流的波形在相位上與輸入電壓基本保持同相，波形的畸變也不大。表3對不同工頻電壓情況下的功率因數(shù)作了一個總結，可以看出其功率因數(shù)有了較大的改善。

                  表3不同工頻電壓下的性能

　　總的說來，我們所構建的宏模型總體上是可行的,可以在實際電路設計仿真中使用。